声音识别的原理是什么,可以用简单的语言结构的基本原理描述下吗

浏览器可以被认为是使用最广泛嘚软件本文将介绍浏览器的工 作原理,我们将看到从你在地址栏输入google.com到你看到google主页过程中都发生了什么。

)Firefox、Safari及Chrome的市场占有率综合巳快接近50%。(原文为2009年10月数据没有太大变化)因此,可以说开源浏览器将近占据了浏览器市场的半壁江山

浏览器的主要功能是将用戶选择得web资源呈现出来,它需要从服务器请求资源并将其显示在浏览器窗口中,资源的格式通常是HTML也包括PDF、image及其他格式。用户用URI(Uniform Resource Identifier 统┅资源标识符)来指定所请求资源的位置在网络一章有更多讨论。

这些年来浏览器厂商纷纷开发自己的扩展,对规范的遵循并不完善这为web开发者带来了严重的兼容性问题。 但是浏览器的用户界面则差不多,常见的用户界面元素包括:

  • 用来输入URI的地址栏
  • 用于刷新及暂停当前加载文档的刷新、暂停按钮
  • 用于到达主页的主页按钮

奇怪的是并没有哪个正式公布的规范对用户界面做出规定,这些是多年来各瀏览器厂商之间相互模仿和不断改进得结果 HTML5并没有规定浏览器必须具有的UI元素,但列出了一些常用元素包括地址栏、状态栏及工具栏。还有一些浏览器有自己专有得功能比如Firefox得下载管理。更多相关内容将在后面讨论用户界面时介绍

浏览器的主要组件包括:

  1. 用户界面- 包括地址栏、后退/前进按钮、书签目录等,也就是你所看到的除了用来显示你所请求页面的主窗口之外的其他部分
  2. 浏览器引擎- 用来查詢及操作渲染引擎的接口
  3. 渲染引擎- 用来显示请求的内容例如,如果请求内容为html它负责解析html及css,并将解析后的结果显示出来
  4. 网络- 用來完成网络调用例如http请求,它具有平台无关的接口可以在不同平台上工作
  5. UI 后端- 用来绘制类似组合选择框及对话框等基本组件,具有鈈特定于某个平台的通用接口底层使用操作系统的用户接口
  6. JS解释器- 用来解释执行JS代码
  7. 数据存储- 属于持久层,浏览器需要在硬盘中保存类似cookie的各种数据HTML5定义了web database技术,这是一种轻量级完整的客户端存储技术

图1:浏览器主要组件 需要注意的是不同于大部分浏览器,Chrome为每個Tab分配了各自的渲染引擎实例每个Tab就是一个独立的进程。 对于构成浏览器的这些组件后面会逐一详细讨论。

Firefox和Chrome都开发了一个特殊的通信结构后面将有专门的一章进行讨论。

渲染引擎的职责就是渲染即在浏览器窗口中显示所请求的内容。 默认情况下渲染引擎可以显礻html、xml文档及图片,它也可以借助插件(一种浏览器扩展)显示其他类型数据例如使用PDF阅读器插件,可以显示PDF格式将由专门一章讲解插件及扩展,这里只讨论渲染引擎最主要的用途——显示应用了CSS之后的html及图片

渲染引擎首先通过网络获得所请求文档的内容,通常以8K分块嘚方式完成 下面是渲染引擎在取得内容之后的基本流程: 解析html以构建dom树->构建render树->布局render树->绘制render树

图2:渲染引擎基本流程 渲染引擎开始解析html,並将标签转化为内容树中的dom节点接着,它解析外部CSS文件及style标签中的样式信息这些样式信息以及html中的可见性指令将被用来构建另一棵树——render树。 Render树由一些包含有颜色和大小等属性的矩形组成它们将被按照正确的顺序显示到屏幕上。 Render树构建好了之后将会执行布局过程,咜将确定每个节点在屏幕上的确切坐标再下一步就是绘制,即遍历render树并使用UI后端层绘制每个节点。 值得注意的是这个过程是逐步完荿的,为了更好的用户体验渲染引擎将会尽可能早的将内容呈现到屏幕上,并不会等到所有的html都解析完成之后再去构建和布局render树它是解析完一部分内容就显示一部分内容,同时可能还在通过网络下载其余内容。

从图3和4中可以看出尽管webkit和Gecko使用的术语稍有不同,他们的主要流程基本相同Gecko称可见的格式化元素组成的树为frame树,每个元素都是一个framewebkit则使用render树这个名词来命名由渲染对象组成的树。Webkit中元素的定位称为布局而Gecko中称为回流。Webkit称利用dom节点及样式信息去构建render树的过程为attachmentGecko在html和dom树之间附加了一层,这层称为内容接收器相当制造dom元素的笁厂。下面将讨论流程中的各个阶段

既然解析是渲染引擎中一个非常重要的过程,我们将稍微深入的研究它首先简要介绍一下解析。 解析一个文档即将其转换为具有一定意义的结构——编码可以理解和使用的东西解析的结果通常是表达文档结构的节点树,称为解析树戓语法树 例如,解析“2+3-1”这个表达式可能返回这样一棵树。

图5:数学表达式树节点

解析基于文档依据的语法规则——文档的语言結构的基本原理或格式每种可被解析的格式必须具有由词汇及语法规则组成的特定的文法,称为上下文无关文法人类语言结构的基本原理不具有这一特性,因此不能被一般的解析技术所解析

解析可以分为两个子过程——语法分析及词法分析 词法分析就是将输入分解为苻号,符号是语言结构的基本原理的词汇表——基本有效单元的集合对于人类语言结构的基本原理来说,它相当于我们字典中出现的所囿单词 语法分析指对语言结构的基本原理应用语法规则。 解析器一般将工作分配给两个组件——词法分析器(有时也叫分词器)负责将輸入分解为合法的符号解析器则根据语言结构的基本原理的语法规则分析文档结构,从而构建解析树词法分析器知道怎么跳过空白和換行之类的无关字符。

图6:从源文档到解析树 解析过程是迭代的解析器从词法分析器处取道一个新的符号,并试着用这个符号匹配一条語法规则 如果匹配了一条规则,这个符号对应的节点将被添加到解析树上然后解析器请求另一个符号。如果没有匹配到规则解析器將在内部保存该符号,并从词法分析器 取下一个符号直到所有内部保存的符号能够匹配一项语法规则。如果最终没有找到匹配的规则解析器将抛出一个异常,这意味着文档无效或是包含语法错误

很多时候,解析树并不是最终结果解析一般在转换中使用——将输入文檔转换为另一种格式。编译就是个例子编译器在将一段源码编译为机器码的时候,先将源码解析为解析树然后将该树转换为一个机器碼文档。

图5中我们从一个数学表达式构建了一个解析树,这里定义一个简单的数学语言结构的基本原理来看下解析过程 词汇表:我们嘚语言结构的基本原理包括整数、加号及减号。 语法: 1. 该语言结构的基本原理的语法基本单元包括表达式、term及操作符 2. 该语言结构的基本原悝可以包括多个表达式 3. 一个表达式定义为两个term通过一个操作符连接 4. 操作符可以是加号或减号 5. term可以是一个整数或一个表达式 现在来分析一下“2+3-1”这个输入 第一个匹配规则的子字符串是“2”根据规则5,它是一个term第二个匹配的是“2+3”,它符合第2条规则——一个操作符连接两个term下一次匹配发生在输入的结束处。“2+3-1”是一个表达式因为我们已经知道“2+3”是一个term,所以我们有了一个term紧跟着一个操作苻及另一个term“2++”将不会匹配任何规则,因此是一个无效输入

MINUS term := INTEGER | expression 如果一个语言结构的基本原理的文法是上下文无关的,则它可以用正則解析器来解析对上下文无关文法的一个直观的定义是,该文法可以用BNF来完整的表达可查看

有两种基本的解析器——自顶向下解析及洎底向上解析。比较直观的解释是自顶向下解析,查看语法的最高层结构并试着匹配其中一个;自底向上解析则从输入开始逐步将其轉换为语法规则,从底层规则开始直到匹配高层规则 来看一下这两种解析器如何解析上面的例子: 自顶向下解析器从最高层规则开始——它先识别出“2+3“,将其视为一个表达式然后识别出”2+3-1“为一个表达式(识别表达式的过程中匹配了其他规则,但出发点是最高層规则) 自底向上解析会扫描输入直到匹配了一条规则,然后用该规则取代匹配的输入直到解析完所有输入。部分匹配的表达式被放置在解析堆栈中

自底向上解析器称为shift reduce 解析器,因为输入向右移动(想象一个指针首先指向输入开始处并向右移动),并逐渐简化为语法规则

解析器生成器这个工具可以自动生成解析器,只需要指定语言结构的基本原理的文法——词汇表及语法规则它就可以生成一个解析器。创建一个解析器需要对解析有深入的理解而且手动的创建一个由较好性能的解析器并不容易,所以解析生成器很有用Webkit使用两個知名的解析生成器——用于创建语法分析器的Flex及创建解析器的Bison(你可能接触过Lex和Yacc)。Flex的输入是一个包含了符号定义的正则表达式Bison的输叺是用BNF格式表示的语法规则。rs

HTML解析器的工作是将html标识解析为解析树

W3C组织制定规范定义了HTML的词汇表和语法。

正如在解析简介中提到的上丅文无关文法的语法可以用类似BNF的格式来定义。 不幸的是所有的传统解析方式都不适用于html(当然我提出它们并不只是因为好玩,它们将鼡来解析css和js)html不能简单的用解析所需的上下文无关文法来定义。 Html 有一个正式的格式定义——DTD(Document Type Definition 文档类型定义)——但它并不是上下文无關文法html更接近于xml,现在有很多可用的xml解析器html有个xml的变体——xhtml,它们间的不同在于html更宽容,它允许忽略一些特定标签有时可以省略開始或结束标签。总的来说它是一种soft语法,不像xml呆板、固执 显然,这个看起来很小的差异却带来了很大的不同一方面,这是html流行的原因——它的宽容使web开发人员的工作更加轻松但另一方面,这也使很难去写一个格式化的文法所以,html的解析并不简单它既不能用传統的解析器解析,也不能用xml解析器解析

Html适用DTD格式进行定义,这一格式是用于定义SGML家族的语言结构的基本原理包括了对所有允许元素及咜们的属性和层次关系的定义。正如前面提到的html DTD并没有生成一种上下文无关文法。 DTD有一些变种标准模式只遵守规范,而其他模式则包含了对浏览器过去所使用标签的支持这么做是为了兼容以前内容。最新的标准DTD在

输出的树也就是解析树,是由DOM元素及属性节点组成的DOM是文档对象模型的缩写,它是html文档的对象表示作为html元素的外部接口供js等调用。 树的根是“document”对象 DOM和标签基本是一一对应的关系,例洳如下的标签:

将会被转换为下面的DOM树:

图8:示例标签对应的DOM树 和html一样,DOM的规范也是由W3C组织制定的访问

,这是使用文档的一般规范┅个模型描述一种特定的html元素,可以在

这里所谓的树包含了DOM节点是说树是由实现了DOM接口的元素构建而成的浏览器使用已被浏览器内部使鼡的其他属性的具体实现。

正如前面章节中讨论的hmtl不能被一般的自顶向下或自底向上的解析器所解析。 原因是: 1. 这门语言结构的基本原悝本身的宽容特性 2. 浏览器对一些常见的非法html有容错机制 3. 解析过程是往复的通常源码不会在解析过程中发生改变,但在html中脚本标签包含嘚“document.write ”可能添加标签,这说明在解析过程中实际上修改了输入 不能使用正则解析技术浏览器为html定制了专属的解析器。 Html5规范中描述了这个解析算法算法包括两个阶段——符号化及构建树。 符号化是词法分析的过程将输入解析为符号,html的符号包括开始标签、结束标签、属性名及属性值 符号识别器识别出符号后,将其传递给树构建器并读取下一个字符,以识别下一个符号这样直到处理完所有输入。

图9:HTML解析流程

算法输出html符号该算法用状态机表示。每次读取输入流中的一个或多个字符并根据这些字符转移到下一个状态,当前的符号狀态及构建树状态共同影响结果这意味着,读取同样的字符可能因为当前状态的不同,得到不同的结果以进入下一个正确的状态 这個算法很复杂,这里用一个简单的例子来解释这个原理 基本示例——符号化下面的html: Hello world 初始状态为“Data State”,当遇到“”每个字符都附加到這个符号名上,例子中创建的是一个html符号 当读取到“>”,当前的符号就完成了此时,状态回到“Data state”“”重复这一处理过程。到这里html和body标签都识别出来了。现在回到“Data state”,读取“Hello world”中的字符“H”将创建并识别出一个字符符号这里会为“Hello world”中的每个字符生成一个字苻符号。 这样直到遇到“”中的“”然后,产生一个新的标签符号并回到“Data state”后面的“

}

机器人应该是“能自动工作的机器”它们有的功能比较简单,有的就非常复杂但必须具备以下三个特征:

是一种物理状态,具有一定的形态机器人的外形究竟是什麼样子,这取决于人们想让它做什么样的工作其功能设定决定了机器人的大小、形状、材质和特征等等。

就是控制机器人的程序或指令組当机器人接收到传感器的信息后,能够遵循人们编写的程序指令自动执行并完成一系列的动作。控制程序主要取决于下面几种因素:使用传感器的类型和数量传感器的安装位置,可能的外部激励以及需要达到的活动效果

动作 就是机器人的活动,有时即使它根本不動这也是它的一种动作表现,任何机器人在程序的指令下要执行某项工作必定是靠动作来完成的。

人工智能无非是大脑思维运转原理嘚复制与再现人的思维离不开语言结构的基本原理和图像;例如一个基本的思维例子:当机器面向太阳时,将当前拍到的图像予以分析嘚知该物体在中文语言结构的基本原理中称“太阳”“日”等;得知了该物体称呼就可以搜索该名词属性;再根据其属性和属性值与自身属性和属性值相比较得出判断,如得出“在安全范围外”的结果从而使机器不要轻举妄动。

首先从人类思维解析人在学习语言结构嘚基本原理之初是看着对应图像或听着声音念称呼的,因此人在使用语言结构的基本原理时声音区和图像区大脑皮层会一致兴奋在脑海Φ浮现对应的图像或声音及语言结构的基本原理。如在回忆太阳时在脑海中会浮现太阳图像或汉字“太阳”字样还有声音“tai yang,”图像在腦海中清晰度受刻意程度影响刻意程度越高图像越清晰;“tai yang”这个声音始终使人印象深刻,人在思考时始终在默念语言结构的基本原理这正说明人是靠语言结构的基本原理来来维持思考的。

由于语言结构的基本原理区与声音区、图像区共同兴奋才能维持思考这就需要機器具有自动联系三者的功能;这对看到“太阳”字样联想到图像、“tai yang”声音或听到“tai yang”音联想到“太阳”字样从而联想到图像等方面的楿互响应功能很有帮助。

既然思考是语言结构的基本原理、图像、声音等信息的特殊交互来完成的因此并不认可科幻电影里用人造神经系统组建智慧是可行的。即使人造神经系统完成了它也并不智慧。只有将那种特殊的信息交互方式在其系统内搭建它才能算得上是真囸的智慧。

语言结构的基本原理是智慧体思考的一大介质传统而又原始的计算机语言结构的基本原理难以有效搭建智慧系统,因此使用囚类语言结构的基本原理来作直接思考介质显得十分必要;但对于机器而言又难以直接适应人类语言结构的基本原理这时直接语言结构嘚基本原理的转换程序能帮到它。

机器若要拥有初级独立智慧前提得具有自动学习能力、自动归纳能力等自主性功能。传统的机器运转時是依靠人为植入过程及步骤来运行的它的功能显得极其单调,绝不会涉及其他功能;这样的机器终究是机器绝不会成为人工智能,咜那愚钝的一生

在智能面前,自动生成运行过程及步骤成为关键所在如果整个运行过程都人为植入,何谈智能;但什么都不植入也是萬万不可的这时哪些部分预置哪些部分自动生成需要仔细考虑分配。自动记录功能也是一个良好的功能可以将自动生成并成功执行的過程和步骤记录下来,下次遇到相同情况可以重复利用而又不失智能表现。

种种迹象表明语言结构的基本原理、自动与核心技术相关联;初次接触自动时它是复杂的但“随机”给了我很多灵感,充分了解随机并能巧妙利用随机功能自动也就显得并不是那么困难。

人工智能的软硬件配置基础

在这里的软硬件配置以普通机器为例机身每个“肌肉”都由伸缩轴代替,每个伸缩轴都由一个独立的驱动来操控;每个动作要由多个伸缩共同运转来完成这就需要机器具有同时运行多个驱动程序的功能。并将各驱动运行的顺序、步骤及运行后的结果记录下来配合最优方案使用。驱动单独运转可能会导致动作无法完成若要支持多驱动共同运行,首先CPU得支持多线程

最优方案指的昰将上述记录下来的信息暂设为最优方案,下次遇见相同目的可以模拟该方案运行并不一定完全按照该记录运行,而是按照相似方案运荇;并比较两方案优劣性将较劣方案设入黑名单下次不再生成该方案;将较优的方案暂设为最优方案,如若再遇见相同情况便再模拟该朂优方案运行并比较两方案优劣,较优者暂设为最优方案较劣者也纳入黑名单…如此反复。

令外其他一些基础功能也很重要如图像汾析有关功能,能将拍摄的视频截取帧从而得到图片,再通过分析并储存该图片模拟记忆并与语言结构的基本原理等方面联系起来音潒方面也是如此。

既然语言结构的基本原理和自动是问题的核心那就从语言结构的基本原理开始。若要让机器能够清晰地展开思维自動归纳分类功能很有用途。使得机器能够分类名词、动词、形容词等;能够根据自身传感器及信息来源为机器想了解的名词赋属性值有叻属性及属性值为机器进行比较提供了可能。由于人工智能初次搭建工程过于浩大因此某部分可以暂为人工植入,等工程完成后再替换為自动生成部分

其次是动作及记录:初次让机器轴随机运动并记录运动过程、步骤及结果;如随机运动到右前方某位置时,记录下运动過程、步骤及结果当下次遇到需要运动到右前方该位置时可以根据该记录重复该步骤运行就可以运动到右前方该位置,但完全根据记录偅复不利于改良因此可以模拟一个相似步骤来运行;并比较两方案效果,将较优者暂设为最优方案较劣者设入黑名单下次不再模拟生荿;当下次遇到相同情况就就模拟最优方案生成一个相似步骤运行,在比较两者优劣…由于对于机器而言往往一个步骤运行完才能得知实際效果因此让模拟步骤运行完才能进行两方案比较,至少在机器学会YY之前可以这么说说到这里我竟惊讶地发现上述步骤居然让一个机器自学了一个动作,既然自学了一个就可以有两个、三个…这其中“随机”的应用很关键在机器空闲时,它让伸缩轴驱动随机运行从而產生随机动作这个动作反被记录下来方便重复利用在日后派上用场。由此可见随机的应用对机器自学功能有多么重要了由于初期不同嘚记录动作起点相同,因此需要机器一个动作完成后将位置复原才能开始重复动作,这是最初期的时候到了机器具有重定义动作起点嘚功能就可以解决这个问题。

仅仅只是自学进度未免太慢为了可以帮助其学习动作还得在伸缩轴上下手;通过驱动可以操控伸缩轴原理嘚知,何不开放驱动、伸缩轴双向影响功能使得驱动运行步骤能控制动作步骤,也可以通过伸缩轴运动步骤同步运行驱动从而生成驱動运行步骤,有了驱动运行步骤有了该动作记录下次需要该动作时可以根据记录运行驱动就可以重复该动作。

如何让一个机器正确识别指令那得有劳语言结构的基本原理的大力支持了;让机器使用人类语言结构的基本原理作为直接思考介质是可取的,以使用中文为例就囿两种方法可取第一种是人为植入相关功能但与智能脱轨;第二种是自动学习而来,绝对的智能但相对复杂些

第一来介绍下自动学习語言结构的基本原理;人从小在学习时,大人会给予小孩以暗示当小孩认为大人给他的是正确的暗示就会去做,反之则不做;因此在机器中预设几个关键词方便机器学习如预设“是、”“否、”“这是、”“重复、”“停”等关键字;在使用时例如机器在学习“经”这個字,机器听到“Jing”声或看到拼音“Jing”时也跟着发出“Jing”声然后等待回应,如果听到回应“是”就收录“经”这个汉字并为该汉字的音潒属性设为“Jing”

学习单个汉字和学习单个名词的原理近同,学习汉字时需要为该汉字赋属性音、形、意等学习句子时要相对复杂些,鈳能一个句子主语、谓语、宾语等结构完整正确才可以识别并且如果一句子中含有动词,那么这个句子的属性除了音、形、意之外还有┅个动作属性属性值为运动过程、步骤、目标。

动词的学习方式和名词不同它依靠组成动作词汇来学习,动作词汇的属性有动作属性属性值为动作过程、步骤、目标等。单独的动词机器难以执行应搭配主语和宾语才可顺利执行,当句子中只有动词和宾语时则将主語默认置为“自己”或“我。”(动词难以单独被机器学习和执行而是和主、谓、宾语整合起来组成一个词汇,也就是动作词汇如:峩打他、我搬桌子…)

初始状态下动作词汇的动作属性值为空,则可以采用关键字“这是”为机器实现被动学习如机器随机运动时拍了丅桌子,则可以回应机器人“这是拍桌子”机器收到回应后将“拍桌子”纳入动作词汇,并为该动作词汇动作属性值赋为动作过程、步驟、目标距离赋值给距离属性,其他属性此处暂不说明当下次接收到语句“拍桌子”时则移动到和上次相近距离模拟上次动作拍桌子。这样机器就被动学会了拍桌子

在执行一条语句时只需识别其中的动作词汇,然后执行该动作词汇即可该功能如有智能对话软件的应鼡可以得到意想不到的效果,可以让指令不再那么直白

英语里“机器人”(Robot)这个术语来自于捷克语单词robota,通常译作“强制劳动者”用它來描述大多数机器人是十分贴切的。世界上的机器人大多用来从事繁重的重复性制造工作它们负责那些对人类来说非常困难、危险或枯燥的任务。最常见的制造类机器人是机器臂一部典型的机器臂由七个金属部件构成,它们是用六个关节接起来的计算机将旋转与每个關节分别相连的步进式马达,以便控制机器人(某些大型机器臂使用液压或气动系统)与普通马达不同,步进式马达会以增量方式精确迻动这使计算机可以精确地移动机器臂,使机器臂不断重复完全相同的动作机器人利用运动传感器来确保自己完全按正确的量移动。這种带有六个关节的工业机器人与人类的手臂极为相似它具有相当于肩膀、肘部和腕部的部位。它的“肩膀”通常安装在一个固定的基座结构(而不是移动的身体)上这种类型的机器人有六个自由度,也就是说它能向六个不同的方向转动。与之相比人的手臂有七个洎由度。

}

语音识别技术也被称为

可读的輸入,例如按键、

编码或者字符序列与说话人识别及说话人确认不同,后者尝试识别或确认发出语音的说话人而非其中所包含的词汇内嫆

2019年8月17日,北京互联网法院发布《互联网技术司法应用白皮书》该《白皮书》阐述了十大典型技术应用,其中包括语音识别技术

号處理、模式识别、信息论等
人机用户界面更加自然和容易使用

随着数据处理技术的进步以及移动互联网的快速普及,计算机技术被广泛地運用到了社会的各个领域随之而来的则是海量数据的产生。其中语音数据受到了人们越来越多的重视。语音识别是一门交叉学科近②十年来。语音识别技术取得显著进步开始从实验室走向市场。人们预计未来10年内,语音识别技术将进入工业、家电、通信、汽车电孓、医疗、家庭服务、消费电子产品等各个领域语音识别听写机在一些领域的应用被美国新闻界评为1997年计算机发展十件大事之一。很多專家都认为语音识别技术是2000年至2010年间信息技术领域十大重要的科拄发展技术之一语音识别技术所涉及的领域包括:信号处理、模式识别、

、发声机理和听觉机理、

语音识别较语音合成而言,技术上要复杂但应用却更加广泛。语音识别ASR(Automatic Speech Recognition)的最大优势在于使得人机用户界面更加自然和容易使用

从开始研究语音识别技术至今,语音识别技术的发展已经有半个多世纪的历史语音识别技术研究的开端,是

等人研究的Audry系统它是当时第一个可以获取几个英文字母的系统。到了20世纪60年代伴随计算机技术的发展,语音识别技术也得以进步动态规划囷线性预测分析技术解决了语音识别中最为重要的问题——语音信号产生的模型问题;70年代,语音识别技术有了重大突破动态时间规整技术(DTW)基本成熟,使语音变得可以等长另外,矢量量化(VQ)和隐马尔科夫模型理论(HMM)也不断完善为之后语音识别的发展做了铺垫;80年代对语音识别的研究更为彻底,各种语音识别算法被提出其中的突出成就包括HMM模型人工神经网络(

);进入90年代后,语音识别技术開始应用于全球市场许多著名科技互联网公司, 如

Apple等,都为语音识别技术的开发和研究投入巨资;到了 21 世纪语音识别技术研究重点轉变为即兴口语和自然对话以及多种语种的同声翻译。

国内关于语音识别技术的研究与探索从20 世纪80 年代开始取得了许多成果并且发展飞速。例如:清华大学研发的语音识别技术以1183 个单音节作为识别基元并对其音节进行分解,最后进行识别使三字词和四字词的准确率高達98%;中科院采用连续密度的HMM,整个系统的识别率达到89.5%

和词语的识别率分别是 99.5%和95%。目 前我国的语音识别技术已经和国际上的超级大国实仂相当, 其综合错误率可控制在10%以内

清华大学电子工程系语音技术与专用芯片设计课题组,研发的非特定人汉语数码串连续语音识别系統的识别精度达到94.8%(不定长数字串)和96.8%(定长数字串)。在有5%的拒识率情况下系统识别率可以达到96.9%(不定长数字串)和98.7%(定长数字串),这是目前国际最好的识别结果之一其性能已经接近实用水平。研发的5000词邮包校核非特定人连续语音识别系统的识别率达到98.73%前三选識别率达99.96%;并且可以识别普通话与四川话两种语言结构的基本原理,达到实用要求

中科院自动化所及其所属模式科技(Pattek)公司2002年发布了他们囲同推出的面向不同计算平台和应用的“天语”中文语音系列产品——PattekASR,结束了中文语音识别产品自1998年以来一直由国外公司垄断的历史

語音识别是涉及心理学、生理学、声学、语言结构的基本原理学、信息理论、信号处理、计算机科学、

等多个学科的交叉学科,具有广阔嘚应用前景如语音检索、命令控制、自动客户服务、机器自动翻译等。当今信息社会的高速发展迫切需要性能优越的能满足各种不同需求的自动语音识别技术。但是这样的目标面I临着诸的困难,如:①语音信号会受 到上下文的影响而发生变化;②发音人以及口音的不哃会导致语音特征在参数空间分布的不同;③同一发音人心理和生理变化带来的语音变化;④不同的发音方式和习惯引起的省略、连读等哆变的语音现象;⑤环境和信道等因素造成的语音信号

对于自动语音识别的探索实际是早于计算机的出现的,早期的

可以看作是语音合荿和识别技术的雏形20世纪20年代出现的“Radio Rex”玩具狗也许是人类历史上最早的语音识别机。现代自动语音识别技术可以追溯到上世纪50年代

研究员使用模拟元器件提取分析元音的共振峰信息,实现了十个英文孤立数字的识别功能到了50年代末,统计语法的概念被伦敦大学学院嘚研究者首次加入到语音识别中(Fry1959),具有识别辅音和元音音素功能的识别器问世在同一时期,用于特定环境中面向非特定人10个元音的音紊识别器也在麻省理工大学的林肯实验室被研制出来概率在不确定性数据管理中扮演重要角色,但多重概率的出现也极大地加大了数据處理的繁杂度

语音识别技术声学特征提取

模拟的语音信号进行采样得到波形数据之后,首先要送人到特征提取模块提取出 合适的声学

供后续声学模型训练使用。好的声学特征应当考虑以下三个方面 的因素第一,应当具有比较优秀的区分特性.以使声学模型不同的建模單元可以方便准确的建模其次,特征提取也可以认为是语音信息的压缩

过程既需要将信道、说话人的因素消除保留与内容相关的信息,又需要在不损失过多有用信息的情况下使用尽量低的参数维度便于高效准确的进行模型的训练。最后需要考虑

,即对环境噪声的抗幹扰能力

如今主流语音识别系统都采用隐

模型(HMM)作为声学模型,这是因为HMM具有很多优良特性HMM模型的状态跳转模型很适合人类语音的短时岼稳特性,可以对不断产生的观测值(语音信号)进行方便的统计建模;与HNN相伴生的

可以有效地实现对可变长度的时间序列进行分段和分类的功能;HMM的应用范围广泛只要选择不同的生成

,离散分布或者连续分布都可以使用HNM进行建模。HMM以及与之相关的技术在语音识别系统中处於最核心的地位自从HMM的理论被提出以来(Baum and Easo,1967)它在语音信号处理及相关领域的应用范围变得越来越广泛,在语音识别领域起到核心角色的莋用它还广泛活跃精音的参数合成、语言结构的基本原理理解、 机器翻译等其他领域。

汉语按音素的发音特征分类分为辅音、单元音、複元音、复鼻尾音四种按音节结构分类为声母和韵母。并且由音素构成声母或韵母有时,将含有声调的韵母称为调母由单个调母或甴声母与调母拼音成为音节。汉语的一个音节就是汉语一个字的音即音节字。由音节字构成词最后再由词构成句子。

汉语声母共有22个其中包括零声母,韵母共有38个按音素分类,汉语辅音共有22个单元音13个,复元音13个复鼻尾音16个。

基元为声韵母、音节或词根据实現目的不同来选取不同的基元。汉语加上语气词共有412个音节包括轻音字,共有1282个有调音节字所以当在小词汇表孤立词语音识别时常选鼡词作为基元,在大词汇表语音识别时常采用音节或声韵母建模而在连续语音识别时,由于协同发音的影响常采用声韵母建模。

基于統计的语音识别模型常用的就是HMM模型λ(N,M,π,A,B)涉及到HMM模型的相关理论包括模型的结构选取、模型的初始化、模型参数的重估以及相应的识别算法等。

语音识别技术语言结构的基本原理模型与语言结构的基本原理处理

语言结构的基本原理模型包括由识别语音命令构成的语法网络戓由

构成的语言结构的基本原理模型语言结构的基本原理处理可以进行语法、语义分析。

语言结构的基本原理模型对中、大词汇量的语喑识别系统特别重要当分类发生错误时可以根据语言结构的基本原理学模型、语法结构、

进行判断纠正,特别是一些同音字则必须通过仩下文结构才能确定词义语言结构的基本原理学理论包括语义结构、

、语言结构的基本原理的数学描述模型等有关方面。目前比较成功嘚语言结构的基本原理模型通常是采用统计语法的语言结构的基本原理模型与基于规则语法结构命令语言结构的基本原理模型语法结构鈳以限定不同词之间的相互连接关系,减少了识别系统的搜索空间这有利于提高系统的识别。

语音识别技术常用的方法有如下四种:1. 基於语言结构的基本原理学和 声学的方法2. 随机模型法,3. 利用人工神经网络的方法4. 概率语法分析。其中最主流的方法是随机模型法

语音識别技术基于语言结构的基本原理学和声学的方法

基于语言结构的基本原理学和声学的方法是最早应用于语音识别的方法,但是这种方法涉及的知识太过于困难导致现在并没有得到大规模普及。

语音识别技术随机模型法

随机模型法目前应用较为成熟该方法主要采用提取特征、训练模板、对模板进行分类及对模板进行判断的步骤来对语音进行识别。该方法涉及到的技术一般有3种:动态时间规整(DTW)隐马爾科夫模型(HMM)理论和矢量量化(VQ )技术。其中HMM 算法相较于其他两者的优点是简便优质, 在语音识别性能方面更为优异也正因为如此,如今大部分语音识别系统都在使用HMM算法

语音识别技术神经网络的方法

)神经网络方法是在语音识别发展的后期才有的一种新的识别方法。它其实是一种模拟人类神经活动的方法同时具有人的一些特性,如自动适应和自主学习其较强的归类能力和映射能力在语音识别技术中具有很高的利用价值。业界将 ANN 与传统的方法进行结合各取所长,使得语音识别的效率得到了显著的提升

语音识别技术概率语法汾析法

概率语法分析法是一种能够识别大长度语段的技术,主要是为了完成“区别语言结构的基本原理的特征”对于不同层次的知识利鼡相应层次的知识来解决。这种方法最大的不足就是建立一个有效、适宜的适用知识系统存在着一定的困难。

语音识别技术语音识别的笁作模式

语音识别一般来说具有两种工作模式:识别模式和命令模式语音识别程序的实现也会根据两种模式的不同而采用不同类型的程序。识别模式的工作原理是:

系统在后台直接给出一个词库和识别模板库任何系统都不需要再进一 步对识别语法进行改动,只需要根据識别引擎提供的主程序源代码进行改写就可以了命令模式相对来说实现起来比较困难,词典必须要由程序员自己编写然后再进行编程,最后还要根据语音词典进行处理和更正识别模式与命令模式最大的不同就是,程序员要根据词典内容进行代码的核对与修改

语音识別技术语音识别环境设置

一般语音识别程序的环境设置步骤包括

硬件默认参数采集与设定,识别硬件采集卡初始化引擎端口设置等几个蔀分。

1、CTI 服务器设置

2、语音采集系统的初始化。

语音识别的平台会通过判断是否已经输入语音来进行工作那么获得语音就需要语音采集系统了。为了采集和输出我们一般采用

作为工具。工作时打开语音卡内自带的板卡,然后在程序中加入参数就可以运行了

3、引擎端口设置。语音开发平台已对硬件

接口函数进行提供 因此只需对函数进行调用和赋值即可。 4.

语音识别技术语音字典的编译

语音字典的设置包括语法、识别语音的规则、语音模板制作等内容根据语音平台的规则来进行。在语音字典设置时首先要设置语音识别核心包,再根据自己编译的语音的规则来完成字典的全部设置

语音识别技术编制识别主程序

在编译语音识别程序的最后阶段,程序员需要为主程序編写

语音识别系统可以根据对输入语音的限制加以分类

从说话者与识别系统的相关性考虑

可以将识别系统分为3类:(1)特定人语音识别系统:仅考虑对于专人的话音进行识别;(2)非特定人语音系统:识别的语音与人无关,通常要用大量不同人的语音数据库对识别系统进行学习;(3)哆人的识别系统:通常能识别一组人的语音或者成为特定组语音识别系统,该系统仅要求对要识别的那组人的语音进行训练

也可以将識别系统分为3类:(1)孤立词语音识别系统:孤立词识别系统要求输入每个词后要停顿;(2)连接词语音识别系统:连接词输入系统要求对每个词嘟清楚发音,一些连音现象开始出现;(3)连续语音识别系统:连续语音输入是自然流利的连续语音输入大量连音和变音会出现。

从识别系統的词汇量大小考虑

也可以将识别系统分为3类:(1)小词汇量语音识别系统通常包括几十个词的语音识别系统。(2)中等词汇量的语音识别系统通常包括几百个词到上千个词的识别系统。(3)大词汇量语音识别系统通常包括几千到几万个词的语音识别系统。随着计算机与

运算能力鉯及识别系统精度的提高识别系统根据词汇量大小进行分类也不断进行变化。目前是中等词汇量的识别系统到将来可能就是小词汇量的語音识别系统这些不同的限制也确定了语音识别系统的困难度。

语音识别技术就算法模型方面而言

需要有进一步的突破目前能看出它嘚一些明显不足,尤其在中文语音识别方面语言结构的基本原理模型还有待完善,因为语言结构的基本原理模型和声学模型正是听写识別的基础这方面没有突破,语音识别的进展就只能是一句空话目前使用的语言结构的基本原理模型只是一种

,还没有用到以语言结构嘚基本原理学为基础的文法模型而要使计算机确实理解人类的语言结构的基本原理,就必须在这一点上取得进展这是一个相当艰苦的笁作。此外随着硬件资源的不断发展,一些核心算法如

将有可能进一步改进可以相信,半导体和软件技术的共同进步将为语音识别技術的基础性工作带来福音

语音识别技术就自适应方面而言

语音识别技术也有待进一步改进。目前象IBM的ViaVoice和Asiaworks的SPK都需要用户在使用前进行几百句话的训练,以让计算机适应你的声音特征这必然限制了语音识别技术的进一步应用,大量的训练不仅让用户感到厌烦而且加大了系统的负担。并且不能指望将来的消费电子应用产品也针对单个消费者进行训练。因此必须在自适应方面有进一步的提高,做到不受特定人、口音或者方言的影响这实际上也意味着对语言结构的基本原理模型的进一步改进。现实世界的用户类型是多种多样的就声音特征来讲有男音、女音和童音的区别,此外许多人的发音离标准发音差距甚远,这就涉及到对口音或方言的处理如果语音识别能做到洎动适应大多数人的声线特征,那可能比提高一二个百分点识别率更重要事实上,ViaVoice的应用前景也因为这一点打了折扣只有普通话说得佷好的用户才可以在其中文版连续语音识别方面取得相对满意的成绩。

语音识别技术就强健性方面而言

语音识别技术需要能排除各种环境洇素的影响目前,对语音识别效果影响最大的就是环境杂音或嗓音在公共场合,你几乎不可能指望计算机能听懂你的话来自四面八方的声音让它茫然而不知所措。很显然这极大地限制了语音技术的应用范围目前,要在嘈杂环境中使用语音识别技术必须有特殊的抗嗓(NoiseCancellation)麥克风才能进行这对多数用户来说是不现实的。在公共场合中个人能有意识地摒弃环境嗓音并从中获取自己所需要的特定声音,如何讓语音识别技术也能达成这一点呢这的确是一个艰巨的任务。

此外带宽问题也可能影响语音的有效传送,在速率低于1000比特/秒的极低比特率下语音编码的研究将大大有别

常情况,比如要在某些带宽特别窄的信道上传输语音以及水声通信、地下通信、战略及保密话音通信等,要在这些情况下实现有效的语音识别就必须处理声音信号的特殊特征,如因为带宽而延迟或减损等语音识别技术要进一步应用,就必须在强健性方面有大的突破

多语言结构的基本原理混合识别以及无限词汇识别方面

和语音模型太过于局限,以至用户只能使用特萣语音进行特定词汇的识别如果突然从中文转为英文,或者法文、俄文计算机就会不知如何反应,而给出一堆不知所云的句子;或者鼡户偶尔使用了某个专门领域的专业术语如“信噪比"等,可能也会得到奇怪的反应这一方面是由于模型的局限,另一方面也受限于硬件资源随着两方面的技术的进步,将来的语音和声学模型可能会做到将多种语言结构的基本原理混合纳入用户因此就可以不必在语种の间来回切换。此外对于声学模型的进一步改进,以及以

为基础的语言结构的基本原理模型的改进也能帮助用户尽可能少或不受词汇嘚影响,从而可实行无限词汇识别

语音识别技术多语种交流系统的应用

最终,语音识别是要进一步拓展我们的交流空间让我们能更加洎由地面对这个世界。可以想见如果语音识别技术在上述几个方面确实取得了突破性进展,那么多语种

的出现就是顺理成章的事情这將是语音识技术、机器翻译技术以及语音合成技术的完美结合,而如果硬件技术的发展能将这些算法进而固化到更为细小的芯片比如手歭移动设备上,那么个人就可以带着这种设备周游世界而无需担心任何交流的困难你说出你想表达的意思,手持设备同时识别并将它翻譯成对方的语言结构的基本原理然后合成并发送出去;同时接听对方的语言结构的基本原理,识别并翻译成已方的语言结构的基本原理合成后朗读给你听,所有这一切几乎都是同时进行的只是机器充当着主角。

任何技术的进步都是为了更进一步拓展我们人类的生存和茭流空间以使我们获得更大的自由,就服务于人类而言这一点显然也是语音识别技术的发展方向,而为了达成这一点它还需要在上述几个方面取得突破性进展,最终多语种自由交流系统将带给我们全新的生活空间。

曾说过:“语音技术将使计算机丢下鼠标键盘” 隨着计算机的小型化,键盘鼠标已经成为了计算机发展的一大阻碍人类的计算机从超大体积发展到现在占地不到1平方米的微型计算机,想必未来的计算机可能会有意想不到的小那么键盘鼠标对其来说就是障碍了,这时候就需要语音识别来完成命令一些科学家也说过:“计算机的下一代革命就是从图形界面到语音用户接口”。这表明了语音识别技术的发展无疑改变了人们的生活在某些领域,电话正在逐渐地演变成一个服务者而非简单的对话工具通过电话,人们也可以使用语音来获取自己想获得的信息其工作效率也自然而然提高了┅个档次。

语音识别技术渐渐地变成了人机接口的关键一步这样一个极具竞争性的新兴产业,其市场的发展更是十分迅速 发展趋势也茬逐步上升。从1999到2005年间语音识别技术市场正在以每年31%的趋势增长,如今在 iPhone等智能 手机中语音助手已经成为了标配功能,为用户带来了許多的便利人们也可以通过电话和网络来订购机票火车票,甚至是旅游服务因此,语音识别技术在我们实际生活中也有着越来越广阔嘚发展前景和应用领域

在电话与通信系统中,智能语音接口正在把电话机从一个单纯的服务工具变成为一个服务的“提供者”和生活“夥伴”;使用电话与

人们可以通过语音命令方便地从远端的

中查询与提取有关的信息;随着计算机的小型化,键盘已经成为移动平台的┅个很大障碍想象一下如果手机仅仅只有一个手表那么大,再用键盘进行拨号操作已经是不可能的语音识别正逐步成为信息技术中人機接口的关键技术,语音识别技术与语音合成技术结合使人们能够甩掉键盘通过语音命令进行操作。语音技术的应用已经成为一个具有競争性的新兴高技术产业

语音识别技术发展到今天,特别是中小词汇量非特定人语音识别系统识别精度已经大于98%对特定人语音识别系統的识别精度就更高。这些技术已经能够满足通常应用的要求由于大规模

技术的发展,这些复杂的语音识别系统也已经完全可以制成专鼡芯片大量生产。在西方经济发达国家大量的语音识别产品已经进入市场和服务领域。一些用户交机、电话机、手机已经包含了语音識别拨号功能还有

、语音智能玩具等产品也包括语音识别与语音合成功能。人们可以通过电话网络用语音识别口语对话系统查询有关的機票、旅游、银行信息并且取得很好的结果。调查统计表明多达85%以上的人对语音识别的信息查询服务系统的性能表示满意

可以预测在菦五到十年内,语音识别系统的应用将更加广泛各种各样的语音识别系统产品将出现在市场上。人们也将调整自己的说话方式以适应各種各样的识别系统在短期内还不可能造出具有和人相比拟的语音识别系统,要建成这样一个系统仍然是人类面临的一个大的挑战我们呮能一步步朝着改进语音识别系统的方向一步步地前进。至于什么时候可以建立一个像人一样完善的语音识别系统则是很难预测的就像茬60年代,谁又能预测今天

技术会对我们的社会产生这么大的影响

  • 1. .央广网[引用日期]
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